ufuk2

Biyomoleküller: Fonksiyonel Gruplar
Doç. Dr. Ufuk Çakatay
Doç. Dr. Hakan Ekmekçi
Fonksiyonel Grup Nedir?
• Molekül yapısında bulunan ve molekülün karakteristik
kimyasal reaksiyonlarından sorumlu olan
spesifik/özgün bir grup atomdur.
• Fonksiyonel gruba proton donörü olan karboksil
grubunu örnek göstermek mümkündür.
Karboksilik asit, Karboksilat iyonu,
Karboksilat iyonunun üç boyutlu yapısı
Fonksiyonel Grupların Genel Özellikleri
Nelerdir?
• Aynı fonksiyonel gruplar bağlı olduğu molekülün
büyüklüğüne bağlı olmaksızın aynı ya da benzer
kimyasal reaksiyonlara girer.
• Fonksiyonel grubun rölatif/göreceli reaktivitesi
yakınında bulunan diğer fonksiyonel gruplar
tarafından değiştirilebilir.
• R harfi fonksiyonel gruba bağlı olan H atomunu ya
da organik molekülün diğer kısmını (Hidrokarbon
yan zinciri) ifade eder.
• Moleküldeki bir hidrojen atomunun çıkmasıyla
oluşurlar. Bazı fonksiyonel gruplar iyonize diğerleri
yüklü/polar formdadır
Biyomoleküllerde Bulunan Temel Fonksiyonel
Gruplar
Fonksiyonel Grupların Genel Özelliklerinin
Amino Asid Yapısı Üzerinde İrdelenmesi
Fonksiyonel Gruplara Bağlanan R Gruplarının
Genel Yapısı ve Adlandırılması
• Organik kimyada CnH2n+2 genel formülü ile gösterilen
alkan grubu bileşikler biyomoleküller sınıflandırmasına
dahil olmasa da, bu bileşiklerden bir hidrojen atomunun
çıkmasıyla oluşan ve CnH2n+ 1 yapısındaki R harfi ile
gösterilen alkiller, biyomoleküllerdeki fonksiyonel
gruplara bağlanırlar. Alkenler çift bağ içeren CnH2n -2
bleşiklerdir. Hidrofobik bileşiklerdir.
Adlandırma
• Alkan/Alkil/Alken
• Metan/Metil/Meten
• Etan/Etil/Eten
• Propan/Propil/Propen
• Bütan/Bütil/Büten
Alkanlardan Türevlenen, Genel Olarak “R” ile
Gösterilen, Biyomoleküllerin Yapılarında
Bulunan Alkil Gruplarının Yapıları ve
Adlandırması
Biyomoleküllerde Bulunan Fonksiyonel Gruplar
Molekülün Kimyasal Reaktivitesini Belirler
Biyomoleküllerde Bulunan Fonksiyonel Gruplar
Biyomoleküllerde Bulunan Fonksiyonel
Grupların Tanımlanması I
•
•
•
•
•
•
•
Hidroksil grubu: Su molekülündeki bir hidrojen atomu yerine alkil
grubunun geçmesiyle oluşur.
Karbonil grubu: Karbon atomuna çift bağlı bir oksijen atomu içerir.
Aldehitlerde üçüncü bağ bir alkil, dördüncü bağ ise hidrojen atomu ile
oluşturulur. Ketonlarda üçüncü ve dördüncü pozisyonlarda aynı ya da
farklı bir alkil grubu yer alır.
Karboksil grubu: Yapısında karbon atomuna çift bağlı oksijen atomu
(Karbonil grubu) içerir. Üçüncü bağ bir alkil grubu ile, dördüncü bağ
ise proton donörü olan hidroksil grubu ile yapılmıştır.
Metil ve Etil grupları: Metan ve etandan bir hidrojen atomunun
çıkmasıyla oluşan fonksiyonel gruplardır.
Fenil grubu: Benzen molekülünden bir hidrojen atomunun çıkmasıyla
oluşan aromatik/halkalı yapıda bir fonksiyonel gruptur.
Ester: Karboksil ve hidroksil grupları arasından bir molekül suyun
ayrılmasıyla oluşurlar
Eter: İki hidroksil grubu arasından bir molekül suyun ayrılması ile
oluşur
Biyomoleküllerde Bulunan Fonksiyonel
Grupların Tanımlanması II
•
•
Amino grubu: NH3 molekülün monoalkillenmiş türevi
Amido grubu: NH3 molekülün monoaçillenmiş türevi
•
Guanido grubu: Karbon atomuna bir çift ve iki tek bağlı azot atomu
içeren fonksiyonel grup.
İmidazol grubu: Üç karbon ve iki hetero atomdan (azot atomundan)
oluşan beş üyeli heterosiklik halka yapısındaki fonksiyonel grup
Sülfhidril / Tiyol grubu: S atomuna bağlı bir hidrojen atomu içeren
fonksiyonel grup
Disülfid: İki sülfhidril grubu arasından iki hidrojen atomunun
ayrılmasıyla oluşur
Fosforil: Fosfor atomu beş bağ yapabilme özelliğindedir. Bağların biri
çift bağlı oksijen ile, diğer üçü ise tek bağlı oksijen atomlarını içerir
•
•
•
•
Biyomoleküllerde Bulunan Fonksiyonel Gruplar
Elektriksel Yük Taşıyabilir
• Amino asit
• ATP
Sulu çözeltide
hakim olan formlar
Yapı
İsim
HİDROKSİL
KARBONİL
KARBOKSİL
İMİNO
AMİNO
TİYOL
FOSFAT
PİROFOSFAT
13
Aldehit ve Keton Grubu İçeren Biyomoleküller
Monosakkaridler/Şekerler
• Glukoz (Aldehit grubu içerir)
• Fruktoz (Keton grubu içerir)
Karboksil Grubu İçeren Biyomoleküller
• Yağ asitleri: Stearik Asit (Hidrofilik karboksil grubu
içerir)
• Amino asitler: Glisin (Karboksil grubu içerir)
Amino Grubu İçeren Biyomoleküller
Amino Asitler
• Alanin (Amino grubu içerir)
• Üre (Amino grubu içerir)
Alkol (Hidroksi-OH) Grubu İçeren
Biyomoleküller
• ATP
• Glukoz 6-fosfat
Fosfat Grubu İçeren Biyomoleküller
• ATP
• Glukoz 6-fosfat
Bazı Biyomoleküller Birden Fazla Fonksiyonel
Grup İçerir
Elektrofil ve Nükleofil Nedir?
• En kısa haliyle, elektrofil elektronca fakir, nükleofil ise
elektronca zengin demektir.
• Nükleofiller, eksi yük iceren ya da serbest (esleşmemis
elektron) elektron çifti içeren moleküllerdir. NH3, H2O, RSH gibi serbest elektron çifti içeren moleküller, ya da –
COO-, I-, OH-, gibi eksi yük iceren moleküllerdir.
• Elektrofiller ise artı yük iceren ya da elektronegatif
atomlarin elektron çekmesinden dolayi elektronca
fakirlesip, kismi arti yüklü hale gelen moleküllerdir.
Elektrofil ve Nükleofil Gruplar Nasıl
Reaksiyona Girer?
• İlk basamakta kuvvetli bir elektrofil (E+) çift bağın
yapısında bulunan pi elektronlarını kendine çekerek
+ yüklü karbokatyon oluşturur. Nükleofil
karbokatyon yapısına katılarak monosubstitue
ürünü oluşturur.
Hücrede Nükleofil Olarak Görev Yapan
Fonksiyonel Gruplar
Su Mükemmel Bir Nükleofildir.
• Metabolik reaksiyonların çoğu nükleofillerin
(elektrondan zengin moleküllerin), elektrofillerin (+)
merkezlerine saldırısını kapsar.
• Kovalent bağların kırılması ve oluşumunda
elektrondan zengin nükleofiller yer alır.
• Su molekülünün oksijen atomu nükleofilik
özelliktedir.
• Proteinler, nükleik asitler ile lipitlerin sentezi ve
parçalanması, nükleofiller tarafından saldırıyı içerir.
Glikojenden glukoz birimlerinin salınmasında su
veya inorganik fosfatlar tarafından enzim katalizli
nükleofilik saldırı yer alır.
Su İki Çift Eşleşmemiş Elektron İçerdiği İçin
Mükemmel Bir Nükleofildir.
Nükleofilik Reaksiyonlar I
• Soldan sağa: Protein sentezi ve degradasyonu sırasındaki
nükleofilik saldırılar: Peptid bağının sentezi sırasında amino
grubundaki azot atomunun, yıkımda ise su molekülünün
oksijen atomunun nükleofilik atağı söz konusudur.
Nükleofilik Reaksiyonlar II
• Soldan sağa: DNA sentezi sırasında ana zincirdeki deoksiriboz
şekerin 3 numaralı karbon atomuna bağlı –OH grubunun nükleofilik
oksijen atomu, deoksinükleozid trifosfatın (dNTP) şeker kısmındaki 5
numaralı karbon atomuna bağlı fosfor atomuna nükleofilik saldırıda
bulunur ve böylelikle 3’-5’ fosfodiester bağı oluşur.
•
An Experiment on a Bird in an Air Pump by Joseph Wright of Derby,
1768. Original in the National Galery, London